Блог

May 31, 2023

Моделирование электропроводности систем полимерных нанопроволок серебра

Scientific Reports Volume 13, Номер статьи: 5 (2023) Цитировать эту статью 1715 Доступов 2 Цитирования 1 Альтметрические метрики Подробности Разработана простая модель проводимости полимерных систем

Научные отчеты, том 13, номер статьи: 5 (2023 г.) Цитировать эту статью

1715 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Разработана простая модель проводимости полимерных систем, включающих нанопроволоки серебра (AgNW). Эта модель показывает влияние толщины межфазного слоя, туннельного расстояния, волнистости и аспектного соотношения нанопроволок, а также эффективной объемной доли наполнителя на перколяцию и электропроводность образцов, армированных AgNW. Валидность этой модели проверяется с использованием измеренных данных из нескольких образцов. На основе этой модели расчеты проводимости находятся в полном соответствии с измеренными значениями. Большая сетка и низкое начало перколяции создаются нанопроволоками с высоким соотношением сторон, что обеспечивает проводимость нанокомпозита. Результаты также показывают, что более толстая промежуточная фаза расширяет сетку, тем самым увеличивая электропроводность. Кроме того, неволнистые AgNW обладают большей проводимостью по сравнению с волнистыми нанопроволоками. Сделан вывод, что поверхностная энергия полимерной среды и нанопроволок не влияет на проводимость образцов. С другой стороны, наибольшее влияние на проводимость нанокомпозитов оказывают, помимо толщины межфазной границы и туннельного расстояния, объемная доля и соотношение сторон нанопроволок.

Обычные полимерные композиты содержат частицы органических и неорганических наполнителей микронного размера1. Эти материалы требуют высокого содержания наполнителя, что может увеличить вес композита и ограничить его обработку. Как следствие, полимеры, содержащие нанонаполнители с высокой проводимостью, такие как углеродные наноматериалы (такие как углеродные нанотрубки, графен и его производные) и металлические наноматериалы, обеспечивают достаточно проводящие полимерные нанокомпозиты (ПНК) при значительно более низком содержании нанонаполнителей2,3. Исследователи изучают PNC для новых приложений, включая биосенсоры, приводы, устройства хранения энергии, такие как суперконденсаторы и батареи, экранирование электромагнитных помех, рассеивание электростатического заряда (EDS) и т. д.4,5,6.

Важным свойством полимерных нанокомпозитов является их электропроводность (EC), что чрезвычайно важно для практического применения в электронных устройствах и датчиках7,8,9. Углеродные нанотрубки и нанопроволоки с высоким соотношением сторон получили особое внимание в качестве стержнеобразных нанонаполнителей при изготовлении высокопроводящих ПНК10,11. Недавние исследования привели к разработке металлических наноматериалов, обладающих уникальными электронными, оптическими, каталитическими, магнитными и термическими свойствами12,13. Благодаря большому соотношению сторон и превосходной электропроводности металлические нанопроволоки, включая медь, золото, никель и серебро (AgNW), играют важную роль в современных приложениях14,15. В последние годы AgNW привлекли гораздо больше внимания из-за их хорошей проводимости и простоты синтеза16,17,18,19.

AgNW являются одним из наиболее желательных материалов, поскольку объемное Ag имеет высокую проводимость (6,3 × 107 См/м), что делает их применимыми в сенсорной сфере, электронике, защите от электромагнитных помех (ЭМП)20,21. Кроме того, AgNW более безопасны для человека, чем другие неметаллические проводящие наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки, поскольку они обладают противомикробными свойствами22. Таким образом, AgNW являются многообещающим кандидатом для изготовления проводящих полимерных нанокомпозитов AgNW (PAgNW)23,24. Привлекательным применением ПНК на основе AgNW является производство электрохимических биосенсоров для обнаружения рака молочной железы25. Электрохимические биосенсоры — это группа сенсоров, обладающих высокой чувствительностью, быстрым откликом и низкими производственными затратами для обнаружения различных типов биологических агентов и заболеваний, таких как диабет26,27, рак28 и т. д. Поскольку рак молочной железы входит в тройку наиболее опасных и смертоносных заболеваний, Рак у женщин, раннее обнаружение может оказать большую помощь пациентам. Следовательно, необходима разработка устройств быстрой диагностики, таких как биосенсоры, обладающие высокой чувствительностью и избирательностью29. AgNW с их высокой электропроводностью, антибактериальными свойствами и высокой удельной поверхностью являются отличными кандидатами для изготовления электрохимических биосенсоров на основе полимерных нанокомпозитов для обнаружения рака.